Méthodes pour l ’amélioration de la sécurité des robots manipulateurs Présentation SEE - SIC 30 Novembre 2000 Jérémie Guiochet Bertrand Tondu Claude Baron Méthodes pour l ’amélioration de la sécurité des robots manipulateurs

Quelques chiffres (Rapport ONU-CEE, Karlsson, 1999): Introduction Quelques chiffres (Rapport ONU-CEE, Karlsson, 1999): 700 000 robots industriels 5 000 robots de service 1 robot pour 4 ouvriers au Japon Sécurité : prévention de dégâts sur les opérateurs humains, le robot lui même, les éléments avec lesquels le robot interagit Méthode déductive pour l ’analyse et l ’intégration de la sécurité Énumération et évaluation des dangers Synthèse et analyse : méthodes analytiques Évaluation du niveau de sécurité du système Moyens pour la conception de mécanismes de sécurité Conception matérielle Conception logicielle Le couple sécurité/fiabilité Application à la mise en sécurité d ’un robot anthropomorphe

Méthode déductive pour l ’analyse et l ’intégration de la sécurité

Énumération et évaluation des dangers Méthode déductive pour l ’analyse et l ’intégration de la sécurité Énumération et évaluation des dangers Énumération des dangers : on énumère les scénarios menant à des accidents Classement des dangers (ordre de priorité, gravité, occurrence) Utilisation de l ’expérience : Organismes internationaux En France : INRS, CRAM … Simulations (Étude des Facteurs Humains ) : Vitesse limitée à 25 cm/s (Norme ANSI/RIA) Pauses et déplacements dans l ’axe de vision à signaler Boutons d ’arrêt d ’urgence bien localisés Illumination (Contraste parties mobiles/parties fixes) Forces de contact tolérable à 50N / 0.15cm² (Toyota Technological Inst., Japon, 1996) Comportement humain (lecture des manuels, consignes…) premières conclusions de conception

Synthèse et Analyse : méthodes analytiques Méthode déductive pour l ’analyse et l ’intégration de la sécurité Synthèse et Analyse : méthodes analytiques Comprendre comment les fautes mènent à des accidents Estimer les probabilités Annuler ou réduire les effets FMEA En Robotique : 2 méthodes surtout utilisées pour la sécurité (Dhillion et Fashandi, 1996) Utilisation de tableaux : modes de défaillance, les causes, les effets, les moyens de détection FTA Complément de la FMEA : représenter les différents scénarios de défaillance. Arbres construits à l ’aide d ’opérateurs logiques (ET,OU,…), combinent les défaillances et leurs interactions logiques

Méthode déductive pour l ’analyse et l ’intégration de la sécurité Exemple de FTA

Évaluation du niveau de sécurité du système Méthode déductive pour l ’analyse et l ’intégration de la sécurité Évaluation du niveau de sécurité du système Introduction des mesures de correction pour réduire les dangers Évaluation en fonction du coût, de la maintenabilité, de la productivité, de l ’attitude des opérateurs Étapes précédentes répétées jusqu’à ce que le système atteigne un niveau de sécurité suffisant Représentation du niveau de risque en fonction du coût pour la Robotique Industrielle, tiré de Ward & Went, 1995

Moyens pour la conception de mécanismes de sécurité

Conception matérielle Moyens pour la conception de mécanismes de sécurité Conception matérielle Conception mécanique - Stérilisation - Protection (tuyaux cloisonnés) - Enveloppe visco-élastique (Waseda University, Japon, 1997) - Redondance des axes - Limitation des déplacements

Conception matérielle Moyens pour la conception de mécanismes de sécurité Conception matérielle Sécurité autour des actionneurs - Précision des mouvements articulaires - Arrêt d ’urgence - Freins électromagnétiques - Réducteurs de couple - Compliance passive Sécurité par la redondance - Structurelle ou fonctionnelle Détection - Présence humaine (capteurs infrarouges, lasers, capteurs ultrasoniques, champs électromagnétiques - badges, antennes -, systèmes de vision …) - contacts (capteurs de force, « peaux sensibles ») - déplacements inattendus (capteurs d ’accélération)

Conception logicielle Moyens pour la conception de mécanismes de sécurité Conception logicielle Limitations - Vitesse - Volume de travail en fonction de la tâche - Bridage des couples moteurs Surveillance du sytème - watchdog - systèmes experts - détection de données erronées (filtres) Interface graphique - informations états de panne et infos commandes Procédures de mise sous tension Choix de systèmes d ’exploitation fiables Méthodes de développement

Le couple sécurité / fiabilité Fiabilité / sécurité Le couple sécurité / fiabilité

Application à la mise en sécurité d ’un Démarche du projet 7 axes - SYD/SFS Application à la mise en sécurité d ’un robot anthropomorphe actionné par des muscles artificiels

Robot anthropomorphe 7 axes actionné par des muscles artificiels Démarche du projet 7 axes - SYD/SFS Robot anthropomorphe 7 axes actionné par des muscles artificiels Utilisation du noyau temps réel VxWorks Spécification/Conception en UML (Unified Language Modeling) Implantation en C++ Utilisation de méthodes d ’analyses (FTA et FMEA)

Plate-forme expérimentale Démarche du projet 7 axes - SYD/SFS Plate-forme expérimentale Gestion mémoire Gestion des Interruptions Gestion des Tâches (Sémaphores, file de message, timer …) Robot Développeur Opérateur Boîtier électronique Réseau TCP/IP Tornado VxWorks